O processo de filtração em margem e um estudo de caso no rio Beberibe

Texto

(1)UNIVERSIDADE FEDERAL DE PERNAMBUCO CENTRO DE TECNOLOGIA E GEOCIÊNCIAS DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA CIVIL PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA CIVIL. O PROCESSO DE FILTRAÇÃO EM MARGEM E UM ESTUDO DE CASO NO RIO BEBERIBE. Doutorando: Anderson Luiz Ribeiro de Paiva. Orientador: Prof. Dr. Jaime Joaquim da Silva Pereira Cabral. RECIFE, PE - 2009.

(2) ANDERSON LUIZ RIBEIRO DE PAIVA Engenheiro Civil, Universidade Federal de Pernambuco, 2002 Mestre em Engenharia Civil, UFPE, 2004. O PROCESSO DE FILTRAÇÃO EM MARGEM E UM ESTUDO DE CASO NO RIO BEBERIBE. Tese apresentada ao programa de PósGraduação. em. Universidade. Engenharia. Federal. de. Civil. da. Pernambuco,. orientada pelo Prof. Dr. Jaime Joaquim da Silva Pereira Cabral, como requisito parcial para obtenção do grau de Doutor.. RECIFE, PE Julho de 2009.

(3) P149p. Paiva, Anderson Luiz Ribeiro de. O processo de filtração em margem e um estudo de caso no rio Beberibe / Anderson Luiz R. de Paiva.- Recife: O Autor, 2009. iv, 150 folhas, il : figs., tabs. Tese (Doutorado) – Universidade Federal de Pernambuco. CTG. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Civil, 2009. Inclui Bibliografia. 1. Engenharia Civil. 2.Filtração em Margem. 3.Tratamento da Água. 4. Rio Beberibe - Poluição. I. Título. UFPE 624. CDD (22. ed.). BCTG/2009-143.

(4) o PROCESSO. DE FILTRACAO EM MARGEM E UM ESTUDO DE CASO NO RIO BEBERIBE. TESE SUBMETIDA AO CORPO DOCENTE DO PROGRAMA DE p6sGRADUA<;AO EM ENGENHARIA CIVIL DA UNIVERSIDADE FEDERAL DE PERNAMBUCO COMO PARTE INTEGRANTE DOS REQUISITOS NECEssARIOS A OBTEN<;Ao DO GRAU DE DOUTOR EM ENGENHARIA CIVIL. ~~Md:. .. Jaime ~quim diSilva Pereira Cabral Professor do Programa de Pos-Gradua9ao em Engenharia Civil, Ph.D.. ~~t'J~~~ ~ Suzna Maria Gico Lima Montenegro Professora do Programa de Pos-Gradua9ao em Engenharia Civil, Ph.D.. Ju. Adw rUww ;/;; /1 nI. 17. .. '. /r. Alfredo Ribeiro Neto Professor do Departamento de Engenharia Civil da UFPE, D.Sc.. @4,. =-- wald,~a. --=-;. Professor Aposentado do Departamento de Geologia da UFPE, D.Sc.. Paulo Tadeu Ribeiro de Gusmao Professor do Programa de Pos-Gradua9ao em Engenharia Civil, D.Sc.. RECIFE, PE Julho de 2009.

(5) DEDICATÓRIA. À minha esposa Luana, aos meus pais, Luiz Paiva e Mª de Fátima, meus irmãos, Alisson, Aline e Adriane, meus sobrinhos, com todo meu amor e minha gratidão pela força, compreensão, incentivo, carinho, confiança e paciência..

(6) ÍNDICE. LISTA DE FIGURAS LISTA DE TABELAS LISTA DE ABREVIATURAS AGRADECIMENTOS. i. RESUMO. iii. ABSTRACT. iv. 1. INTRODUÇÃO. 01. 1.1. Relevância do Tema. 03. 1.2. Objetivos. 05. 1.3. Materiais e Métodos. 06. 1.4. Resultados e Conclusões. 11. 2. FILTRAÇÃO EM MARGEM. 12. 2.1. Técnica de Filtração em Margem. 12. 2.2. Processos durante a Infiltração. 17. 2.3. Vantagens e Desvantagem usando FM. 26. 2.4. Experiências na Europa e Estados Unidos. 30. 3. INTERAÇÃO ÁGUA SUPERFICIAL E ÁGUA SUBTERRÂNEA. 34. 3.1. Aspectos Hidráulicos na Filtração em Margem. 37. 3.2. Recarga Artificial de Água Subterrânea. 39. 3.3. Zona Hiporreica. 45. 3.4. Zona Riparia. 47. 3.5. Modelagem Numérica da Filtração em Margem. 48. 4. CARACTERIZAÇÃO DA ÁREA DE ESTUDO. 51. 4.1. Localização. 51. 4.2. Clima. 52. 4.3. Relevo. 55. 4.4. Cobertura Vegetal. 55.

(7) 4.5. Hidrografia. 56. 4.6. Qualidade das Águas Superficiais. 59. 4.7. Geologia e Hidrogeologia. 62. 4.8. Geomorfologia. 65. 4.9. Ocupação e Uso do Solo. 68. 4.10. Ações na Bacia do rio Beberibe. 72. 4.11. Comentários Finais sobre a Área de Estudo. 73. 5. ESTUDO DE CASO: MARGENS DO RIO BEBERIBE. 74. 5.1. Implantação do Projeto Piloto. 75. 5.2. Descrição de Seções Litológicas na Área de Estudo. 81. 5.3. Instalação dos Piezômetros. 85. 5.4. Instalação do Poço de Produção. 88. 5.5. Ensaio Slug Test e Bail-Down Test. 93. 5.6. Teste de Aquífero. 98. 5.7. Monitoramento dos Piezômetros e Poço de Produção. 105. 5.8. Monitoramento da Qualidade d’Água. 111. 6. CONSIDERAÇÕES FINAIS. 137. 6.1. Conclusões. 138. 6.2. Recomendações. 139. 7. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS. 141.

(8) LISTA DE FIGURAS. Figura 1.1. – Área de estudo situada na planície costeira, no limite entra. 03. as cidades de Recife e de Olinda, estado de Pernambuco Figura 1.2. – Diagrama esquemático dos processos que afetam a. 04. qualidade da água durante a filtração em margens (adaptado de HISCOCK e GRISCHEK, 2002) Figura 3.1. – Relação entre a interação entre água superficial e subterrânea:. A). fluxo. para. o. manancial. 35. superficial. conectado; B) fluxo para o aquífero conectado; C) manancial superficial desconectado com o aquífero freático raso; D) manancial superficial desconectado com o aquífero freático profundo (adaptado de SOPHOCLEUS, 2002) Figura 3.2. – Seção de um sistema de recarga de água subterrânea típica,. com. reservatório. de. infiltração. (adaptado. 40. de. BOUWER, 2002) Figura 3.3. – Recarga artificial por infiltração na zona vadosa, à esquerda. 43. através de poço, e à direita através de vala de infiltração (adaptado de BOUWER, 2002) Figura 3.4. – Sistema de recarga de água subterrânea, quando houver. 44. camadas isolantes. À esquerda, trincheira; no centro poço na zona vadosa; à direita, poço profundo (BOUWER, 2002) Figura 3.5. – Zona hiporreica (adaptado de ENVIRONMENT AGENCY,. 46. 2005b) Figura 4.1. – Localização da área de estudo (em vermelho). 51. Figura 4.2a. – Médias mensais de precipitação e de evaporação na. 54. Estação de Recife (INMET/3ªDISME) Figura 4.2b. – Médias mensais de temperatura e umidade relativa na. 54. Estação de Recife (INMET/3ªDISME) Figura 4.2c. – Médias mensais de insolação e precipitação na Estação de. 55. Recife (INMET/3ªDISME) Figura 4.3. – Rede de drenagem da bacia do rio Beberibe (CAMPOS, 2003). 58.

(9) Figura 4.4. – Antigo enquadramento dos rios na bacia do Beberibe, e áreas. de. atividades. impactantes. (adaptado. 60. do. PERNAMBUCO - SEPLAN, 1997) Figura 4.5. – Mapa Geológico da Cidade do Recife e adjacências (Costa. 66. et al., 2002) Figura 4.6. – Unidades geológicas da bacia hidrográfica do Beberibe (CAMPOS, 2003). Figura 4.7. – Ocupação do solo na bacia hidrográfica do Beberibe, no. 67 69. ano de 2000 (CAMPOS, 2003) Figura 4.8. – Fotografias aéreas das décadas de 70 e 90, mostrando o. 70. avanço da ocupação urbana na localidade de Passarinho, Olinda (CAMPOS, 2003) Figura 4.9. – Fotografias aéreas das décadas de 70 e 90, mostrando o. 71. avanço da ocupação urbana no trecho da Estação Elevatória de Caixa d’Água (CAMPOS, 2003) Figura 4.10. – Áreas de ação do PAC na bacia do rio Beberibe, onde UE. 73. representa as unidades de esgotamento e a área de estudo desta pesquisa corresponde a UE15 (GOVERNO DO ESTADO DE PERNAMBUCO, 2009) Figura 5.1. – Imagem satélite, com localização da área do estudo de caso. 74. (GOOGLE, 2009) Figura 5.2. – Imagem satélite, com maior detalhe da localização da área. 75. de estudo (GOOGLE, 2009) Figura 5.3. – Estação Elevatória de Caixa d’Água, bairro de Caixa. 76. d’Água, em Olinda, no limite com Recife Figura 5.4. – Antigo ponto de captação da COMPESA no rio Beberibe,. 77. em Caixa d’Água. Foto superior em 1997, e foto inferior em 2008 Figura 5.5. – Realização dos furos de sondagem, método de percussão. 78. (SPT) Figura 5.6. – Ensaios de granulometria, Laboratório de Solos da UFPE. 79. Figura 5.7. – Curva granulométrica para o furo SP5, na profundidade de. 80. 7,00 a 7,45 metros.

(10) Figura 5.8. – Curva granulométrica para o furo SP5, na profundidade de. 80. 15,00 a 15,45 metros Figura 5.9. – Localização dos furos de sondagem na Estação Elevatória. 81. de Caixa d’Água Figura 5.10. – Poços perfurados na redondeza da área de estudo. 82. Figura 5.11. – Seção litológica transversal ao rio Beberibe. 83. Figura 5.12. – Seção litológica paralela ao rio Beberibe. 84. Figura 5.13. – Perfuração dos furos de sondagem, SP2. 84. Figura 5.14. – Furo de sondagem no leito do rio, SP6. 85. Figura 5.15. – Amostrador e caixa de amostragem dos furos de sondagem. 85. / SPT Figura 5.16. – Instalação dos poços de observação (piezômetros), SP4 e. 86. SP5 Figura 5.17. – Limpeza dos poços de observação, injeção de água por. 87. bomba Figura 5.18. – Desobstrução dos poços de observação, injeção de ar por. 87. um compressor, em um primeiro momento e após alguns dias Figura 5.19. – Projeto. construtivo. do. poço. de. produção,. que. 89. posteriormente sofreu modificações Figura 5.20. – Esquema do detalhamento para a construção do packer. 90. Figura 5.21. – Perfuração do poço de produção na E.E. Caixa d’Água, no. 90. primeiro plano observa-se o tanque para a lama e a calha para circulação Figura 5.22. – Perfuração do poço de produção na E.E. Caixa d’Água. 91. Figura 5.23. – Caixa de amostragem final do poço de produção. 91. Figura 5.24. – Perfil litológico e construtivo do poço de produção perfurado. 92. Figura 5.25. – Colocação do dispositivo para produzir a variação de nível. 94. d’água no piezômetro SP4 (superior), e detalhe do dispositivo (inferior) Figura 5.26. – Colocação do sensor de nível Levelloger da Solinst e no piezômetro SP4, com um detalhe do sensor. 95.

(11) Figura 5.27. – Ensaio Slug Test para o piezômetro SP2, gráfico Log (h/ho). 96. vs. tempo Figura 5.28. – Ensaio Bail-Down Test para o piezômetro SP2, gráfico Log. 97. (h/ho) vs. tempo Figura 5.29. – Realização do ensaios Slug Test e Bail-Down Test no. 97. piezômetro SP2 Figura 5.30. – Realização do ensaios Slug Test e Bail-Down Test no. 98. piezômetro SP4 Figura 5.31. – Escoador. de. orifício. circular. utilizado. no. teste. de. 99. – Cotas dos níveis potenciométricos, no rebaixamento e. 100. bombeamento Figura 5.32. recuperação durante o teste de bombeamento Figura 5.33. – Rebaixamento observado durante o teste de bombeamento. 100. (eixo do tempo em escala logarítmica) Figura 5.34. – Gráfico de rebaixamento vs. tempo calculado para o método. 102. de Cooper-Jacob, para o piezômetro SP2 Figura 5.35. – Gráfico de rebaixamento vs. tempo calculado para o método. 102. de Cooper-Jacob, para o piezômetro SP4 Figura 5.36. – Gráfico com W(u), 1/u, t/r², e rebaixamento calculado para o. 103. método de Theis, para o piezômetro SP1 Figura 5.37. – Gráfico de W(u) vs. 1/u, e rebaixamento calculado para o. 103. método de Theis, para o piezômetro SP5 Figura 5.38. – Medição da vazão do poço de produção pelo método. 104. volumétrico, após o início do regime permanente Figura 5.39. – Obtenção de coordenadas UTM, com uso de GPS. 106. geodésico Figura 5.40. – Gráfico do monitoramento dos níveis potenciométricos,. 108. valores de cotas em relação ao referencial adotado Figura 5.41. – Gráfico do monitoramento dos níveis potenciométricos após o início de operação da bomba, com informação da precipitação e da lâmina d’água no rio Beberibe, valores de cotas em relação ao referencial adotado. 108.

(12) Figura 5.42. – Mapa potenciométrico, com linhas de fluxo, antes do. 109. bombeamento (17/03/2009) Figura 5.43. – Mapa potenciométrico, com linhas de fluxo, após o início do. 110. bombeamento (13/05/2009) Figura 5.44. – Medição dos níveis potenciométricos, SP2. 110. Figura 5.45. – Medição dos níveis potenciométricos, SP3. 111. Figura 5.46. – Diagrama unifilar do rio Beberibe, com a localização. 115. esquemática das estações de monitoramento da CPRH BE09 e BE-11 Figura 5.47. – Monitoramento de pH no rio Beberibe. 116. Figura 5.48. – Monitoramento de turbidez no rio Beberibe. 116. Figura 5.49. – Monitoramento de condutividade elétrica no rio Beberibe. 117. Figura 5.50. – Monitoramento de amônia no rio Beberibe. 117. Figura 5.51. – Monitoramento de cloreto no rio Beberibe. 118. Figura 5.52. – Monitoramento de fósforo no rio Beberibe. 118. Figura 5.53. – Monitoramento de temperatura no rio Beberibe. 119. Figura 5.54. – Monitoramento de sólidos totais dissolvidos no rio Beberibe. 119. Figura 5.55. – Monitoramento de oxigênio dissolvido no rio Beberibe. 120. Figura 5.56. – Monitoramento de demanda bioquímica de oxigênio no rio. 120. Beberibe Figura 5.57. – Monitoramento de coliformes totais no rio Beberibe. Figura 5.58. – Monitoramento. de. coliformes. termotolerantes. 121 no. rio. 121. – Coleta de amostras d’água do rio Beberibe e do poço de. 122. Beberibe Figura 5.59. produção Figura 5.60. – Monitoramento do pH do projeto filtração em margem em. 123. Caixa d’Água Figura 5.61. – Monitoramento da turbidez do projeto filtração em margem. 124. em Caixa d’Água Figura 5.62. – Monitoramento da condutividade elétrica do projeto filtração. 124. em margem em Caixa d’Água Figura 5.63. – Monitoramento da amônia em NH3 do projeto filtração em margem em Caixa d’Água. 125.

(13) Figura 5.64. – Monitoramento do nitrito em N do projeto filtração em. 125. margem em Caixa d’Água Figura 5.65. – Monitoramento do nitrato em N do projeto filtração em. 126. margem em Caixa d’Água Figura 5.66. – Monitoramento da alcalinidade total em CaCO3 do projeto. 126. filtração em margem em Caixa d’Água Figura 5.67. – Monitoramento da dureza total em CaCO3 do projeto. 127. filtração em margem em Caixa d’Água Figura 5.68. – Monitoramento do cálcio do projeto filtração em margem em. 127. Caixa d’Água Figura 5.69. – Monitoramento dos sólidos suspensos do projeto filtração. 128. em margem em Caixa d’Água. O valor máximo aceitável para consumo humano é de 500mg/L Figura 5.70. – Monitoramento. da. demanda. bioquímica. de. oxigênio. 128. (DBO5,20) do projeto filtração em margem em Caixa d’Água Figura 5.71. – Monitoramento da demanda química de oxigênio do projeto. 129. filtração em margem em Caixa d’Água Figura 5.72. – Monitoramento do ferro total do projeto filtração em margem. 129. em Caixa d’Água Figura 5.73. – Monitoramento do manganês total do projeto filtração em. 130. margem em Caixa d’Água Figura 5.74. – Monitoramento do zinco total do projeto filtração em. 130. margem em Caixa d’Água. 0,05mg/L é o valor máximo permitido para consumo humano (Min.Saúde 518/04) e limite para a classe 2 (CONAMA 357/05) Figura 5.75. – Monitoramento do cromo total do projeto filtração em. 131. margem em Caixa d’Água Figura 5.76. – Monitoramento da condutividade elétrica na E.E. Caixa d’Água, medições com equipamento portátil para água do rio, do poço, e na água no sistema da estação elevatória. 132.

(14) LISTA DE TABELAS. Tabela 2.1. – Compostos orgânicos e suas concentrações médias (ng/L). 25. na seção transversal na margem do Lago Wannsee, maio a outubro de 2002 Tabela 2.2. – Compostos orgânicos e suas concentrações médias (ng/L). 26. na seção transversal do Lago Tegel, maio a outubro de 2002 Tabela 2.3. – Métodos de remoção de contaminantes, com tratamentos. 27. típicos e através da filtração em margem Tabela 4.1. – Médias mensais da normal climatológica no período 1961 a. 53. 1990, na Estação do Recife (Curado) Tabela 5.1. – Valores de condutividade hidráulica calculados pelos. 101. métodos de Theis e Cooper-Jacob para os 5 piezômetros na área de estudo Tabela 5.2. – Coordenadas UTM dos poços de observação, e cotas da. 106. boca dos piezômetros segundo ponto de referência adotado Tabela 5.3. – Leitura dos níveis potenciométricos, valores em cota a partir. 107. do referencial adotado (piso da casa de bomba da E.E. Caixa d’Água) Tabela 5.4. – Valores dos parâmetros analisados, amostras do poço de. 134. produção na E.E. Caixa d’Água Tabela 5.5. – Valores dos parâmetros analisados, amostras do rio. 135. Beberibe na E.E. Caixa d’Água Tabela 5.6. – Comparativo entre limites padrões de potabilidade do Ministério da Saúde e outros instituições. 136.

(15) ABREVIATURAS. ASR. Aquifer Storage and Recovery. ASTM. American Society for Testing and Materials. BIRD. Banco Internacional para Reconstrução e o Desenvolvimento. BLR. blood lipid regulator. CAPES. Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior. CEHAB. Companhia Estadual de Habitação e Obras. CNPq. Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico. COMPESA. Companhia Pernambucana de Saneamento. CONAMA. Conselho Nacional do Meio Ambiente. CONDEPE/FIDEM. Agência Estadual de Planejamento e Pesquisas. CPRH. Agência Estadual de Meio Ambiente e Recursos Hídricos. CPRM. Serviço Geológico do Brasil. DBO. demanda bioquímica de oxigênio. DQO. demanda química de oxigênio. EE. Estação Elevatória. EPA. Environmental Protection Agency, dos Estados Unidos. ETA. Estação de Tratamento de Água. FM. Filtração em Margem. FU. Free University of Berlin, Alemanha. GPS. Global Position System. GWUDI. ground water under the direct influence of surface water. HAA. ácidos haloacéticos. KWB. Berlin Centre of Competence for Water, Alemanha. MDF. Método das Diferenças Finitas. MEC. Método de Elemento de Contorno. MEF. Método dos Elementos Finitos. MPO. Ministério do Planejamento e Orçamento. ntu. nephelometric turbidity units. OD. oxigênio dissolvido. PAC. Programa de Aceleração do Crescimento. PhACs. compostos ativos farmaceuticamente. PQA. Projeto de Qualidade das Águas e Controle da Poluição Hídrica. PROSAB. Programa de Pesquisas em Saneamento Básico.

(16) RBF. RiverBank Filtration. RMR. Região Metropolitana de Recife. SAT. soil-aquifer-treatment. SRH. Secretaria de Recursos Hídricos. STD. sólidos totais dissolvidos. TCEP. tri(2-cloroetil)-fosfato. TCIPP. tri(2-cloroisopropil)-fosfato. THM. trihalometano. TU. Technical University of Berlin, Alemanha. UFPE. Universidade Federal de Pernambuco. UFSC. Universidade Federal de Santa Catarina. USGS. United States Geological Survey. uT. Unidade de turbidez. UTM. Universal Transversal de Mercator. WHO. World Health Organization.

(17) i. AGRADECIMENTOS. À Deus, pela bênção da Vida, e aos amigos espirituais pelo auxílio nesta minha existência. Ao professor PhD. Jaime Cabral, pela orientação, incentivo, apoio, amizade e conhecimentos repassados em todos os momentos. À minha esposa Luana Gomes de Paiva, que vivenciou todo o percurso deste trabalho, me incentivando e apoiando em todos os momentos. Aos meus pais, base de tudo que sou, pelos ensinamentos, amor e carinho sempre repassados. Ao CT-Hidro (Fundo Nacional de Recursos Hídricos) através do CNPq Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico, pelo subsídio dos dois anos finais da pesquisa, tanto pela bolsa de estudo como pelo financiamento do projeto de pesquisa. À CAPES (Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior) / DAAD (Serviço Alemão de Intercâmbio Acadêmico), pelo subsídio do intercâmbio na Universidade Livre de Berlim, na Alemanha. Aos Professores PhD. Asaf Pekdeger, PhD. Thomas Taute e equipe, pela receptividade e colaboração no intercâmbio realizado no Grupo de Hidrogeologia da Universidade Livre de Berlim. Em especial, ao PhD. Andreas Winkler pela colaboração e sugestões feitas na defesa de qualificação da tese. À SRH (Secretaria de Recursos Hídricos de Pernambuco) pelo apoio a esta pesquisa, em nome do secretário João Bosco e do secretário executivo Almir Cirilo, e COMPESA (Companhia Pernambucana de Saneamento) pela colaboração e auxílio na instalação do projeto piloto desenvolvido nesta pesquisa. Ao geólogo da COMPESA Hélio Paiva e sua equipe, pela colaboração e apoio para o desenvolvimento desta pesquisa. À equipe do GRH - Grupo de Recursos Hídricos do Departamento de Engenharia Civil da Universidade Federal de Pernambuco pelo total apoio, confiança e disponibilização de local de estudo, instalações e equipamentos. Ao professores Waldir Duarte, Geilson Demétrio, Suzana Montenegro, Paulo Tadeu e Alfredo Ribeiro, pelas contribuições, correções e sugestões feitas ao trabalho final da tese. Ao meu pai Luiz Paiva e minha esposa Luana Gomes de Paiva, pela ajuda nas revisões do documento final. À Conceição Medeiros, pela ajuda na revisão gramatical deste trabalho..

(18) ii. Aos amigos do Grupo de Recursos Hídricos, técnicos e pesquisadores, pelo ótimo ambiente de trabalho, incentivo e ajuda. Ao bolsista de iniciação científica Josinaldo Silva, à mestranda Dayana Andrade e ao doutorando Laércio Leal, pela colaboração no monitoramento do projeto piloto implementado. Ao engenheiro civil Lopes pela colaboração nas medições com o GPS geodésico. Ao Sr. Severino, técnico do Laboratório de Solos pela colaboração nas análises granulométricas. E a todos que, de alguma forma, contribuíram para a realização deste trabalho..

(19) iii. O Processo de Filtração em Margem - Um Estudo de Caso no Rio Beberibe Anderson Luiz Ribeiro de Paiva RESUMO Suprimento de água potável tornou-se um ponto de discussão de grande importância nos últimos séculos, atrelado aos novos meios de vida urbana e a demanda crescente por água precisa ser atendida a baixo custo e de forma permanente com garantia de qualidade. O problema de poluição dos mananciais superficiais vem piorando, principalmente nos casos de cursos d’água que atravessam áreas urbanas ou atravessam áreas de agricultura intensiva com uso de agroquímicos. Vários países buscam tecnologias para um melhor gerenciamento do problema de água, tanto para um melhor aproveitamento das fontes hídricas e formas de armazenamento, como também tecnologias de tratamento para garantir a qualidade mínima necessária para cada uso. A técnica denominada Filtração em Margem tem uso crescente em todo o mundo, e vem recentemente sendo discutida no Brasil. Na filtração em margem, cria-se uma diferença na carga hidráulica entre o rio e o aquífero, induzida pelo bombeamento de poços locados próximos às margens do rio. A água superficial fluirá através do meio poroso para os poços de bombeamento. A água captada é na verdade uma mistura de água subterrânea e de água superficial. No mínimo a técnica serve como pré-tratamento na produção de água potável. Nesta tecnologia, patogênicos microbianos, organismos fecais, e outras substâncias são removidas pelos processos físico, químico e biológicos existentes na percolação da água superficial através do aqüífero, sendo um processo de atenuação natural. O presente trabalho abordou a aplicação dessa tecnologia, incipiente no Brasil, incluindo a implantação de um projeto piloto nas margens do rio Beberibe, o monitoramento e a avaliação do processo. A área de estudo situa-se no terreno da Estação Elevatória de Caixa d’Água, pertencente a Compesa, em Olinda. No local foram instalados um poço de produção e cinco poços de observações. O trabalho de campo durou um pouco mais de dois anos, incluindo o levantamento de campo para escolha da área, as sondagens geológicas do local escolhido, o projeto e a construção do poço de produção, a instalação da bomba e o monitoramento. A última fase do experimento com poço de produção realizou-se bombeando ininterruptamente uma vazão de cerca de 12.500 L/hora, os níveis estabilizaram o que indica uma boa recarga induzida no aquífero. Para caracterização hidrogeológica do aquífero foram realizados os testes Slug e BailDown nos cinco poços de observação encontrando-se o valor médio de 1,5e-05 m/s, para a condutividade hidráulica. Já para o teste de aquífero foi obtido um valor aproximado de 3,0e-04 m/s. O teste de aquífero realizado indicou que a partir de certo instante, aproximadamente 80 minutos, surge um novo aporte de água demonstrando que o cone de rebaixamento atingiu uma nova fonte hídrica. Dois mapas potenciométricos foram traçados com informações antes e após o início do bombeamento. Entre os valores observados para os parâmetros de qualidade da água do rio Beberibe apresentaram-se fora dos padrões os de coliformes totais, Escherichia Coli, turbidez, sólidos totais dissolvidos, e amônia. No entanto, os parâmetros analisados da água do poço de produção estiveram todos dentro dos padrões de potabilidade, comprovando a eficácia dos processos físicos e bioquímicos das margens. Para os metais, os valores observados de ferro, manganês, zinco, níquel, cobre e cromo obtidos no poço também foram reduzidos em relação aos do rio Beberibe. Palavras-chaves: filtração em margem; rio Beberibe; tratamento de água.

(20) iv. The Bankfiltration Process and a Case Study in Beberibe River Anderson Luiz Ribeiro de Paiva. ABSTRACT Drinking water supply became an issue of discussion of great importance in the last centuries, associated to the new urbanized life way. A growing water demand needs to be attended at low cost and in a permanent form, with quality guarantee. The problem of surface water pollution is increasing, mainly in the cases of streams that cross urban areas or where they cross areas of intensive agriculture with agrochemicals use. Several countries search for technologies to a better water problem management, to a better water resource use, to storage, and also treatment technologies to guarantee the necessary minimum quality for each use. The technique denominated Bankfiltration has been used all over the world, and recently it comes to discussion in Brazil. In Bankfiltration, a hydraulic head difference is created between the river and the aquifer, induced by the pumping wells close to the river bank. Surface water will flow through the porous media for the pumping wells. Actually, pumped water is a mixture of groundwater and surface water. However, at least it will serve as pre-treatment for drinking water production. In this technology, microbial pathogenic, fecal organisms, and other substances are removed by the physics, chemical and biological processes in percolation of the superficial water through the aquifer, such as a process of natural attenuation. This work deals with an application of this technology in Brazil, including an implantation of a pilot project in the Beberibe river bank. The study area has been located in Caixa d’Água Pumping Station, belonging to Compesa, in Olinda city, Pernambuco state - Brazil. A production well and five observations wells were installed. The field work lasted a little more than two years, including the field search for choice of the area, the geological surveys of the chosen place, the project and the construction of the production well, the pump installation and the monitoring. The last phase of the production well experiment comprised a no stop pumping flow of about 12,500 L/hour and the piezometric levels have stabilized what indicates a good recharge induced to aquifer. For hydrogeological aquifer characterization, the Slug and Bail-Down tests were accomplished in the five observation wells and an average value of 1,5e-05 m/s was obtained, for the hydraulic conductivity, an approximate value of 3,0e-04 m/s was obtained with the aquifer pumping test. The aquifer pumping test indicated that approximately 80 minutes after starting, a new contribution of water appears, demonstrating that the drawndown curve reached a new water source. Two potenciometric maps were drawn with information before and after the beginning of pumping. Among the values observed for the parameters of the Beberibe river water quality, total coliform bacteria, Escherichia Coli, turbidity, dissolved total solids, and ammonia were out of potable water limits. However, all the analyzed parameters of the water from production well attended drinking water guideline, proving the effectiveness of physical and biochemical processes. For metals, the observed values of iron, manganese, zinc, nickel, copper and chrome obtained from well were also reduced in relation to those from Beberibe river. Keywords: bankfiltration; Beberibe river; water treatment.

(21) 1. 1. INTRODUÇÃO. Suprimento de água potável tornou-se um ponto de discussão de grande importância no último século, atrelado aos novos meios de vida industrializados e urbanizados pelo mundo. A demanda crescente por água precisa ser ofertada a baixo custo e de forma permanente, tendo garantia de sua qualidade. Em muitos locais, aquíferos hidraulicamente conectados a fontes de água superficiais,. geralmente. de. capacidade. de. produção. elevada,. são. locais. preferenciais para produzir água potável em vários países do mundo (HISCOCK e GRISCHEK, 2002). Da mesma forma que existe a preocupação da crescente demanda, é notório os problemas encontrados na busca de bons mananciais; ora pelo quantitativo d’água, constatado em diversas regiões do Brasil, ora pela qualidade, normalmente deteriorado pelo próprio homem. Com a evolução tecnológica dos diversos tipos de produtos, principalmente compostos químicos, tem sido lançada a preocupação com novos poluentes, exigindo acompanhamento da qualidade da água mais elaborado e sistemático, assim como técnicas de tratamento mais sofisticadas. Uma técnica antiga, com seu uso crescente em todo o mundo, vem recentemente sendo discutida no Brasil, o método denominado Filtração em Margem (Bankfiltration). Dois benefícios imediatos são observados no crescente uso da Filtração em Margem (FM): minimização da necessidade do uso de produtos químicos como desinfectantes e coagulantes no controle de patogênicos das águas superficiais; e diminuição dos custos para a comunidade sem aumento de risco à saúde humana (RAY et al., 2002). Na FM, cria-se uma diferença na carga hidráulica entre o rio e o aquífero, induzido pelo bombeamento de poços locados próximos às margens do rio, explotando grandes quantidades d’água. A água superficial fluirá através do meio poroso para os poços de bombeamento. A água captada é na verdade um percentual de água subterrânea e outro de água superficial. Dependendo do uso final e do grau de filtração e atenuação dos contaminantes, podem ser necessários tratamentos adicionais. Porém, no mínimo servirá como pré-tratamento na produção de água potável..

(22) 2. Por mais de 100 anos este método tem sido utilizado na Europa para produzir água potável. Nos EUA tem aumentado o interesse no uso deste método como uma alternativa de baixo-custo para sistemas de filtração na remoção de patogênicos. Vários estudos têm mostrado que a FM remove consideráveis percentagens de componentes orgânicos e inorgânicos encontrado nas águas superficiais. Grande parte dos recursos hídricos superficiais do Brasil encontra-se com algum tipo de poluição, principalmente nos casos de cursos d’água que atravessam áreas urbanas ou atravessam áreas de agricultura intensiva com uso de agrotóxicos. O estado de Pernambuco apresenta dificuldades de abastecimento público de água que requerem investimento de tempo e recursos em pesquisas, projeto e execução de atividades para minimizar este problema que causa morbidade e mortalidade significativamente superior a outras regiões do país. Além. da. cobertura. dos. serviços. de. abastecimento. da. Companhia. Pernambucana de Saneamento - COMPESA ainda ser insuficiente, ocorrem períodos em que é necessário racionamento dos volumes de água oferecidos aos consumidores para evitar risco de colapso do sistema. O presente trabalho tem como área de estudo uma região limítrofe entre as cidades de Recife e Olinda, nas margens do rio Beberibe, com projeto piloto situado no terreno da Estação Elevatória de Caixa d’Água, pertencente a COMPESA, no bairro de Caixa d’Água. A Estação ocupa uma faixa delimitada pelas coordenadas UTM 9115500 a 9116000 Norte e 289500 a 290000 Leste, datum SAD69 (Figura 1.1). Esta Estação bombeia água, oriunda de poços e de água superficial do rio Beberibe mais a montante, para duas Estações de Tratamento de Água (ETA), Alto do Céu e Caixa d’Água..

(23) 3. Figura 1.1 - Área de estudo situada na planície costeira, no limite entre as cidades de Recife e de Olinda, estado de Pernambuco.. 1.1 Relevância do Tema. Para melhorar o nível de atendimento da população com água de boa qualidade em quantidade adequada, a um custo compatível com as disponibilidades financeiras do estado é preciso atuar em diversas linhas de pesquisa como, por exemplo, a redução de perdas na distribuição, o uso eficiente da água, a redução do custo de tratamento, a procura de novas formas de suprimento. A linha de pesquisa deste trabalho pretende estudar uma nova forma de captação utilizando poços próximos à margem dos rios para obtenção de água com um grau de qualidade melhor, de forma a reduzir os custos com tratamento. Na tecnologia de Filtração em Margem estão envolvidos vários processos (Figura 1.2), tais como: adsorção, redução, filtração físico-química, e biodegradação, que em conjunto proporcionam um bom resultado. Apesar da tecnologia de FM ser inovadora em Pernambuco, ela já vem sendo usada com sucesso em diversos países europeus, há mais de 100 anos, para abastecimento de água à população, destacando-se: Alemanha, 16%; Hungria 40%; França, 50% e; Suíça, 80%. Particularmente em Berlim, essa técnica já vem sendo aplicada há muitos anos e é responsável pela captação e tratamento de 70% da água da cidade, o que corresponde a um consumo total de 620.000 m³/dia. Recentemente, a filtração em margens vem despertando interesse em todo o mundo como uma alternativa bastante interessante, tanto do ponto de vista técnicoeconômico, como ambiental no tratamento de água potável, principalmente nos.

(24) 4. Estados Unidos. No Brasil, a Universidade Federal de Santa Catarina, através do professor Maurício Sens, iniciou pesquisas recentes com um projeto piloto tendo como foco a remoção de cianobactérias (SENS et al., 2006).. Figura 1.2 - Diagrama esquemático dos processos que afetam a qualidade da água durante a filtração em margens (adaptado de HISCOCK e GRISCHEK, 2002).. Com a FM patogênicos microbianos, organismos fecais e outras substâncias são removidas pelos processos físicos, químicos e biológicos existentes no caminhamento da água superficial através do aquífero. A eficiência na remoção de microorganismos depende: a) da eficiência dos vários processos de remoção na passagem da água pelo aquífero; b) das condições climáticas e hidrológicas; c) da geometria do poço; e) das características do material nas margens e do leito do corpo hídrico superficial (porosidade efetiva e permeabilidade); f) do fluxo da água subterrânea. O nível de microorganismos removidos da água superficial infiltrada depende da concentração inicial na fonte hídrica e da capacidade máxima de remoção de substâncias no aquífero. O processo FM tem algumas similaridades com a performance da Filtração Lenta em Areia, utilizado em estações de tratamento de água convencionais. A vantagem do FM com relação à Filtração Lenta em Areia é o fato do meio natural possuir características biológicas, físicas e químicas que melhoram a performance do tratamento da água, o que não se consegue com a construção artificial do filtro..

(25) 5. A revisão bibliográfica do assunto encontra-se detalhada nos capítulos 2 e 3, sendo que o capítulo 2 descreve a técnica Filtração em Margem, seus aspectos gerais, os problemas dos contaminantes e a possibilidade de remoção através da FM. São mostradas algumas vantagens e desvantagens sobre o uso da técnica e algumas experiências pelo mundo e no Brasil. Por sua vez, o capítulo 3 descreve a interação entre as águas superficiais e as águas subterrâneas, com abordagem nos aspectos hidráulicos que ocorrem durante o fluxo da água superficial em direção as águas subterrâneas. O capítulo também trata da recarga artificial, bastante usada em diversos países, sendo a FM uma da formas de uso.. 1.2 Objetivos. Objetivo Geral: . Desenvolver formas de aplicação da tecnologia de Filtração em Margem no Estado de Pernambuco e avaliar a eficácia da atenuação natural de contaminantes do rio Beberibe.. Objetivos Específicos: . Desenvolver metodologia para escolha do local a ser utilizado para Filtração em Margem;. . Determinar parâmetros hidrogeológicos na área de estudo, na localidade de Caixa d’Água, e estudar a caracterização da geologia nas margens do Rio Beberibe;. . Comparar a qualidade d’água do rio Beberibe e do poço de produção do projeto de Filtração em Margem, para avaliar a eficiência na remoção de contaminantes;. . Caracterizar o regime de fluxo subterrâneo normal nas margens do rio Beberibe, no local da Estação Elevatória de Caixa d’Água, e o regime de fluxo gerado após o início de operação do poço de produção;.

(26) 6. 1.3 Materiais e Métodos. A presente pesquisa envolveu o rio Beberibe incluindo os aspectos hidrológicos quantitativos e qualitativos, um trecho de uma de suas margens incluindo aspectos topográficos, morfológicos, pedológicos e geológicos.. O rio. Beberibe e o local do estudo de caso serão descritos no capítulo quatro. Outro elemento importante da pesquisa é a exploração de água subterrânea incluindo o escoamento em meios porosos, a configuração do fluxo subterrâneo, a recarga induzida e os processos físicos e bioquímicos envolvidos. Estes itens serão descritos em detalhe no capítulo cinco. A metodologia da pesquisa incluiu o estudo aprofundado da técnica de filtração nas margens com aprimoramento na Freie Universität Berlin, a escolha de um local adequado em Pernambuco para aplicação da técnica, a implantação de um projeto piloto, o monitoramento e a avaliação da performance da técnica nas condições locais do sítio escolhido, conforme descrito no capítulo cinco. As atividades do desenvolvimento metodológico constaram de pesquisa bibliográfica e documental, levantamentos de dados em diversas instituições, trabalho de campo na área piloto, coleta e análise de solo e água e trabalhos computacionais realizados nos Laboratórios do Centro de Tecnologia e Geociências da Universidade Federal de Pernambuco, conforme detalhamento a seguir: . Levantamento de informações e dados, nos órgãos ambientais e órgãos gestores de recursos hídricos em Pernambuco;. . Seleção da área de estudo de caso – projeto piloto;. . Perfuração de furos de sondagens de solo / piezômetros nas margens do corpo d’água;. . Ensaio de condutividade hidráulica nas margens do rio Beberibe;. . Perfuração do poço de produção;. . Análises químicas e biológicas / monitoramento;. . Monitoramento dos níveis potenciométricos;. . Análise e interpretação dos dados;. . Elaboração da tese e publicações..

(27) 7. Levantamentos de Informações e Dados. Foi realizado um intercâmbio com o grupo de Hidrogeologia da Freie Universität Berlin – FU/Berlin, que já realizam vários trabalhos no tema para a cidade de Berlim, na Alemanha. Em 2005, foi finalizado o projeto “Natural and Artificial Systems for Recharge and Infiltration (NASRI)” sobre Filtração em Margem em Berlim, com a participação da equipe do professor Asaf Pekdeger e diversas outras áreas. técnicas. como. microbiológica,. farmacêutica,. química,. matemática,. hidrogeologia. Foram levantadas informações junto a Secretaria de Recursos Hídricos de Pernambuco, Companhia de Saneamento de Pernambuco (COMPESA) e Agência de Meio Ambiente de Pernambuco (CPRH), dados relativos à área de pesquisa, como análises de água, cadastro de poços construídos na redondeza da área, informações sobre a bacia do rio Beberibe. Com estes dados, foi possível elaborar mapas temáticos com os diversos tipos de informações, facilitando a visualização e a análise do conjunto de dados.. Seleção da área de estudo de caso. Através de discussões com os técnicos da COMPESA, principalmente com a equipe da Gerência de Águas Subterrâneas, definiu-se o local do projeto piloto na Estação Elevatória de Caixa d’Água, situado no bairro de Caixa d’Água, Olinda. Sabe-se que a região está sobre o aquífero Beberibe. Os pontos positivos da escolha foram: a área é de propriedade da própria COMPESA; o rio Beberibe margeia o terreno da estação; existe a possibilidade da água explotada pelo projeto piloto já ser direcionado para o próprio sistema existente da COMPESA. Uma informação relevante levantada pelos técnicos foi que esta estação no início de seu funcionamento captava a fio d’água no rio Beberibe, mas com o decorrer dos anos a poluição do rio foi se agravando até que desativaram esta captação..

(28) 8. Perfuração de furos de sondagens de solo / piezômetros. No processo de Filtração em Margem, ao ser realizado o bombeamento em poços próximo ao corpo d’água, induz-se a recarga do aquífero pelo rio, de modo que a água bombeada é uma mistura de água subterrânea com água recentemente infiltrada proveniente do corpo d’água. Para analisar o tempo de residência da água no solo e subsolo, bem como quantificar as vazões de explotação, é necessário conhecer as características hidrogeológicas da área, tais como porosidade, condutividade hidráulica, geometria das camadas aquíferas, perfis litológicos e parâmetros da dispersão. Foram analisados mapas geológicos e feito um reconhecimento geral da área com caracterização mais ampla da formação geológica, província hidrogeológica e profundidade aproximada do embasamento cristalino. Mas, para um melhor conhecimento do subsolo na área, foram realizadas 6 perfurações de sondagem do tipo SPT para retirada de amostras litológicas e elaboração de perfil longitudinal e transversal ao rio Beberibe. As perfurações foram realizadas com diâmetro de 4 polegadas, utilizando sondagem rotativa. Nestes furos de sondagens, exceto um no leito do rio, foram instalados poços de observação com diâmetro de 2 polegadas em PVC. A camada do leito do rio geralmente apresenta propriedades diferentes do restante do subsolo devido à dinâmica do transporte de sedimentos e da sedimentação das partículas ao longo da calha fluvial.. Avaliação da condutividade hidráulica da camada aquífera. Um dos parâmetros mais importantes para a avaliação da interação água superficial / aquífero é a condutividade hidráulica do leito do curso d’água. A estimativa deste parâmetro é complicada, mesmo por sua medição direta, dependendo da magnitude do rio, mas principalmente por sua grande variação espacial e até mesmo temporal. Fox (2004) analisou testes para estimar este parâmetro, listando alguns métodos: análise granulométrica, slug test, teste de permeâmetro in situ, medidas de fluxo de infiltração. Foi verificado que a variabilidade espacial entre várias medições em transversais ao rio é maior que a variabilidade das medições da condutividade hidráulica do leito do rio entre as.

(29) 9. diferentes técnicas utilizadas. Dessa forma, a seleção de um método particular para a medição da condutividade hidráulica é menos importante do que fazer múltiplas medições na área em estudo. Foram realizados ensaios Slug Test e Bail-Down Test com os poços de observação, além de ensaios de granulometria com as amostras coletadas nos furos de sondagem. Com a construção do poço de produção, também foi feito um teste de aquífero. Estes ensaios permitem uma caracterização de parâmetros hidrogeológicos, sendo o objetivo do trabalho a condutividade hidráulica. Para análise dos dados e confecção dos gráficos foi utilizado o software Aquifer Test. O método de Hvorslev foi adotado para os cálculos da condutividade hidráulica para os testes Slug e Bail-Down, já no teste de aquífero foram utilizados os métodos de Theis e Cooper-Jacob.. Perfuração do poço de produção. O poço de produção funcionará como o mecanismo principal para a criação do diferencial hidráulico entre o corpo d’água e o aquífero, fazendo com que haja um fluxo induzido da água superficial para o aquífero. Para o local nas margens do rio Beberibe, planejou-se a construção de um poço com a profundidade de cerca de 30m, sendo locado a uma distância aproximada de 20m da margem do rio. Foi proposto a utilização de um “packer” para testar a possibilidade de uma captação superior e uma inferior dentro do poço; pois, foi observada uma camada de areia média a grossa na profundidade de 7 a 10 metros sobre a camada do arenito, através de informações coletada pelos furos de sondagem. A construção do poço de produção foi contratado pela COMPESA. Na execução da perfuração do poço foram observadas camadas argilosas na zona onde se pretendia instalar o filtro inferior. Com isso, o perfil do poço final foi alterado, ficando com 14 metros de profundidade, mas alcançando a zona de areia grossa. O local do projeto inserido na área da Estação Elevatória de Caixa d’Água é de propriedade da COMPESA. Dessa forma, a água bombeada do poço de produção poderá ser lançada no sistema elevatório da estação e, posteriormente, levado até a Estação de Tratamento d’Água Alto do Céu, continuando no sistema de produção da COMPESA sem problemas adicionais, haja vista que foi verificado que atualmente esta estação elevatória trabalha abaixo de sua capacidade máxima..

(30) 10. Porém, durante a fase experimental e de análise da qualidade da água do poço, a água foi lançada para o rio.. Análises químicas e biológicas / monitoramento. Uma das metas da pesquisa é o entendimento dos mecanismos de atenuação da poluição da água por processos biogeoquímicos, bem como a remoção de microorganismos patogênicos. Entre os assuntos da linha de pesquisa estão a análise da infiltração e da configuração do fluxo subterrâneo, a função da camada do leito do rio como barreira de atenuação e a filtração nas margens como processo de pré-tratamento para obtenção da água de melhor qualidade. A atenuação da poluição resulta principalmente dos processos de diluição, biodegradação e sorção em duas zonas principais: 1- No leito do rio onde ocorre a sedimentação e colmatação, com grande atividade biológica, onde ocorre grande parte da biodegradação e adsorção mesmo com períodos de residência curtos; 2Na trajetória entre o rio e o poço de bombeamento, onde a capacidade de sorção e degradação são menores, mas os processos físicos de diluição são maiores (HISCOCK e GRISCHEK, 2002). O monitoramento dos parâmetros químicos e biológicos ocorreu durante dezessete semanas (março a julho de 2009), a partir do início da operação do poço de produção construído. As análises padrões foram realizadas pelo laboratório da AGROLAB. Com relação a avaliação da qualidade d’água do rio Beberibe foi observados dados de monitoramento realizado pela CPRH.. Monitoramento potenciométrico. Com o monitoramento potenciométrico é possível avaliar as variações do nível d’água subterrâneo ao longo do tempo, flutuações que podem ocorrer devido a recargas tanto sobre influência direta da precipitação como de outras fontes hídricas. Realizou-se o monitoramento semanalmente nos cinco piezômetros e no poço de produção. Algumas medidas nos piezômetros ainda foram obtidas alguns meses antes da construção do poço de produção, possibilitando avaliar as condições de fluxo natural na área. Com os dados potenciométricos monitorados foi proposto.

(31) 11. traçar dois mapas potenciométricos com linhas de fluxo em dois períodos distintos, um antes e outro posterior ao início do bombeamento no poço de produção.. Análise dos dados. Com o conjunto de informações hidrológicas, hidrogeológicas e do monitoramento dos níveis potenciométricos e de qualidade d’água na área piloto realizou-se a interpretação em conjunto e os resultados foram apresentados no decorrer do capítulo 5 deste trabalho.. 1.4 Resultados e Conclusões. Os resultados do estudo de caso são abordados no capítulo 5, incluindo os resultados dos testes dos parâmetros hidrogeológicos, os dados do monitoramento quantitativo e qualitativo do projeto piloto, com análise do conjunto de dados. No capítulo 6 são apresentadas as considerações finais, com conclusões e sugestões propostas para novas pesquisas..

(32) 12. 2. FILTRAÇÃO EM MARGEM 2.1 Técnica de Filtração em Margem. A recarga de água subterrânea pode ser natural ou artificial, ou em outras palavras, recarga casual ou induzida (BOUWER, 2002). A Filtração em Margem (FM), na língua inglesa conhecida como RiverBank Filtration (RBF), ocorre naturalmente quando a superfície freática for inferior ao nível d’água superficial do rio (rio influente) ou lago, ou pode ser induzida artificialmente pela locação de poços de bombeamento próximos à água superficial. A FM induzida é utilizada como uma técnica na indústria de abastecimento de água. O principal objetivo é um prétratamento da água superficial contaminada, previamente aos tratamentos convencionais em Estações de Tratamento de Água (ETA) (MASSMANN, 2002). Filtração em margem é um método de tratamento d’água alternativo eficiente e de baixo custo. Há dois benefícios imediatos para o uso deste método: - minimizar a necessidade do uso de produtos químicos nas águas superficiais para o controle de patogênicos no tratamento das águas superficiais; e - diminuir custos do tratamento, reduzindo riscos à saúde humana. Em algumas regiões, as águas do rio percolam naturalmente para o subsolo até os aquíferos (rio influente) durante todo o ano ou em outros casos só durante alguns dias, quando o rio apresenta as condições de um alto nível d’água. Durante esse processo de percolação, contaminantes potenciais presentes na água do rio são filtrados e atenuados, devido a processos físico-químicos e biológicos envolvidos, e a água ficará com uma melhor qualidade, desde que não exista contaminantes nas águas subterrâneas ou se estiverem presente em baixas concentrações. No processo de filtração nas margens, os poços de bombeamento, locados próximo as margens do rio, bombeiam grandes quantidades de água. A ação do bombeamento cria uma diferença de carga hidráulica entre o rio e o aquífero, induzindo a água do rio através do meio poroso até o poço. A água bombeada é uma mistura da água subterrânea originalmente presente no aquífero e da água superficial infiltrada. Dependendo do uso, do grau de filtração e da atenuação do contaminante, a água bombeada já pode ir direto para sistema de distribuição no.

(33) 13. abastecimento d’água. Logo, no mínimo serve como um pré-tratamento na produção de água potável (RAY et al., 2002). A mudança que ocorrerá na qualidade da água que atravessa o meio poroso terá vários processos envolvidos, estes podem ser subdivididos em (DOUSSAN et al., 1998 apud DONALD e GRYGASKI, 2002): a) hidrodinâmicos: incluindo advecção, dispersão e difusão; b) mecânicos: filtração e colmatação das partículas nos espaços entre os poros; c) biológicos: degradação de matéria orgânica pelo metabolismo de microorganismos do solo e mineralização de substratos secundários; e d) físico-químicos: sorção, precipitação, complexação, floculação, coagulação, reações redox, e troca iônica. Grande parte da purificação da água ocorre pelos processos mecânicos e físico-químicos. Porém, os processos de degradação natural ajudam a remoção dos compostos orgânicos dissolvidos, assim como patogênicos, sendo de grande importância para a técnica de recarga artificial como sistema de tratamento. Há mais de 100 anos este método vem sendo usado na Europa, principalmente nos rios Reno, Elba e Danúbio, produzindo água potável. E também já existem grandes aplicações nos Estados Unidos. O uso da técnica de FM é bem anterior a estas aplicações, como pode ser encontrado na Bíblia em Êxodo 7:24 “E todos os egípcios cavaram poços junto ao rio, para beberem água; por quanto não podiam beber da água do rio”, os egípcios observaram os benefícios do uso da FM no momento em que tiveram uma grande poluição nas águas do rio Nilo; porém estes usos eram empíricos, como também várias outras captações por poços próximos a águas superficiais podem estar se utilizando deste processo. Para aplicação do método alguns parâmetros devem ser conhecidos, pois podem influenciar seu desempenho (HUNT et al., 2002): - disponibilidade de água do rio que será induzida para o aquífero; - nível de qualidade da água do rio; - velocidade do fluxo e característica dos sedimentos do leito do rio; - características hidráulicas do meio poroso; - sazonalidade do fluxo do rio; e - estabilidade do canal do rio..

(34) 14. A maioria dos sistemas de filtração nas margens são construídos em aluviões localizados ao longo das margens do rio, por suas características hidrogeológicas favoráveis. Esses aquíferos consistem de uma variedade de depósitos, sendo principalmente arenoso ou até mesmo areia e pedregulho. As condições ideais são os. aquíferos. permeáveis,. de. material. graúdo,. que. estejam. conectados. hidraulicamente com os materiais do leito do rio. O método também pode ser aplicado em locais que tenham camadas de baixa permeabilidade (camadas argilosas e siltosas) dentro de um aquífero aluvionar. Se a camada confinante for extensa e contínua, o filtro pode ser locado acima desta camada para a água infiltrar da fonte superficial; pode ser locado abaixo da camada confinante para se obter uma filtração máxima; ou ainda os filtros também podem ser locados acima e abaixo da camada confinante para a máxima capacidade de bombeamento de água (HUNT et al., 2002). Há três tipos de poços que têm sido usados no método de filtração nas margens: - poço coletor horizontal; - poço vertical; e - cacimbão (poço amazonas). Em alguns países são usados os sistemas de galeria de poços verticais, conectados por um tubo sinfonado. Existindo apenas uma casa de bombeamento que capta água de todos os poços através da ligação aos tubos sifonados. Normalmente os poços verticais são utilizados em aluviões consolidados, enquanto os poços horizontais são mais comumente aplicados em sedimentos nãoconsolidados e quando se tem pouca espessura do aquífero, devido as características construtivas. O método de FM remove eficientemente turbidez, microorganismos, matéria orgânica natural, pesticidas, herbicidas, hidroquímicos, fármacos, compostos que causam sabor e odor, pelos processos físicos, químicos e biológicos na passagem através do meio poroso (SAHOO et al., 2005). O processo de remoção é tanto mais eficiente quanto menor for a velocidade do fluxo subterrâneo e quando o aquífero for formado por material granular bem distribuído, sendo traduzido na permeabilidade, ao mesmo tempo que se observa a importância da camada semipermeável que separa a água subterrânea e a superficial. A eficiência da remoção de microorganismos depende: - da eficiência dos vários processos de remoção na passagem da água pelo aquífero; - das condições climáticas e hidrológicas;.

(35) 15. - da geometria do poço; - das características do material nas margens e do leito do rio / lago; e - do fluxo da água subterrânea. Na remoção dos microorganismos existentes na água superficial infiltrada, o projeto a ser implantado deve buscar uma eficiência que depende da concentração inicial de poluentes na fonte hídrica e da capacidade máxima de remoção de substâncias no aquífero, resultando numa água dentro das exigências de potabilidade a qual se destina. O tempo de retenção é um importante fator de controle da remoção eficiente na Filtração em Margem (TUFENKJI et al., 2002). Na Alemanha, determina-se como um tempo mínimo de retenção de 50 dias. Um grande número de variáveis está envolvido para se alcançar com eficiência melhoramentos na qualidade da água produzida, podendo ser salientadas algumas: características hidráulicas e composição do material do aquífero; qualidade da água superficial; velocidade de filtração; condutividade hidráulica; distância dos poços ao corpo d’água; vazão de bombeamento; a diluição com as águas subterrâneas; temperatura da água superficial; e características dos sedimentos da interface aquífero e água superficial (RAY et al., 2002). A EPA (Environmental Protection Agency, USA) já considera a filtração em margem como processo de tratamento alternativo do tipo filtração biológica. O processo possibilita a remoção de nutrientes em condições nas quais os microorganismos consomem o carbono orgânico. Filtro biologicamente ativo é qualquer meio filtrante que permite a fixação de microorganismos, normalmente formando um biofilme que cobre ou fixa-se entre os grãos do meio. São mencionados métodos frequentemente usados: filtração lenta em areia; filtração em margem; filtração rápida por gravidade e carvão ativado granular. Estes meios filtrantes proveem processos físicos, químicos e biológicos que limpam a água. A remoção orgânica durante a filtração pode ser específica do local e pode ser influenciada pela qualidade e quantidade da matéria orgânica e variará com a temperatura, estações do ano, tipo do meio, tempo de contato e estratégias de relavagem. A FM pode ser usada para remover partículas, bactérias, vírus, parasitas, poluentes, compostos orgânicos e inorgânicos (EPA, 2007). O processo de FM e recarga artificial são métodos de tratamento da água similares à Filtração Lenta em Areia, com baixas velocidades de fluxo através do meio. Devido aos processos naturais no solo, as características da água (potencial.

(36) 16. redox, conteúdo de sal) podem mudar o que influencia a eficácia da remoção dos patogênicos. Pelas regras de tratamento de água nos Estados Unidos, a EPA (LT2ESWTR) dá como 0,5 a 1 log de créditos de remoção do Cryptosporidium para a filtração em margens, dependendo da distância entre o poço e a água superficial (SMEETS et al., 2006). Crédito de remoção log (na base 10) é uma terminologia usado nos Estados Unidos, o qual refere-se ao tratamento físico-químico ou morte de orgânicos patogênicos tais como a Giárdia lamblia e viroses. Por exemplo, remoção 1-log é igual a uma redução de 90% do organismo alvo; 2-log, 99% de redução; e 3-log, 99,9% de redução (RAY et al., 2002). É tomado como regra que valores superiores a 0,075 oocistos/L (oocisto - zigotos encapsulados dos protozoários esporozoários) de Cryptosporidium devem ter um tratamento adicional. O método de FM é reconhecido como um eficiente processo de atenuação natural assegurando sustentabilidade ao abastecimento de água potável (HEBERER et al., 2004). Em Berlin 100% do suprimento de água é proveniente de água subterrânea, onde 70% origina-se da Filtração em Margem e recarga de água subterrânea. Atualmente há vários locais utilizando FM, onde os poços de bombeamento estão locados a distâncias menores que 600m dos rios, lagos e canais. O problema encontrado em Berlim é o lançamento de esgoto tratado nas águas superficiais, que são fontes do sistema de captação para o tratamento d’água. Hiscock e Grischek (2002) relatam que os processos de atenuação na FM acontecem. em. duas. zonas. principais:. na. camada. de. colmatação. ativa. biologicamente, onde os processos de degradação intensiva e adsorção ocorrem em curto tempo de residência; e ao longo do caminhamento principal do fluxo entre o rio e o poço de captação onde as taxas de degradação e capacidade de sorção são menores e o processo de mistura são maiores. Wang et al. (1995), realizaram estudos em uma estação de tratamento d’água em Louisville, o qual capta do aquífero aluvial que tem interação direta com o rio Ohio (WANG, 2002). Foi analisada a remoção de patogênicos, partículas, turbidez, matéria orgânica natural, subprodutos de desinfecção, e pesticidas. Eles também compararam a FM com os métodos convencionais de tratamento d’água da própria estação. Wang et al. (1995) mostraram que FM é eficiente para remoção da matéria orgânica e pesticidas. Remoções de partículas superiores a 2,4 logs foram alcançados com a FM e 1,5 logs de remoção pelos métodos convencionais de tratamento..

(37) 17. A dinâmica natural de um sistema hidrológico complexo pode em alguns casos exigir cuidados adicionais para a implementação da tecnologia FM. O comportamento transiente dos estágios do rio influencia as características de fluxo e transporte do sistema, o que pode afetar a qualidade da Filtração em Margem. Por exemplo, no aumento do nível do rio pode ocorrer infiltração por uma região previamente não saturada, a qual não tem as mesmas características de remoção do que na zona permanentemente saturada (TUFENKJI et al., 2002). Variações sazonais e diurnas na temperatura da água também podem contribuir para uma variação na efetividade da FM, devido a maioria dos processos biogeoquímicos ser altamente sensíveis com a temperatura, podendo diminuir a atividade microbiana. Devido ao crescimento populacional em determinadas regiões, como as semiáridas, as fontes hídricas estão cada vez mais escassas e ao mesmo tempo que a pouca água encontrada está sofrendo uma deteriorização pelos impactos do homem. Decorrente disto, alguns locais começam a adotar a técnica de recarga artificial tanto para armazenar a água, eliminando efeitos de perda por evaporação; como para utilizar o solo natural como um purificador da água, similarmente ao observado na técnica de Filtração em Margem. Deve-se salientar, que mesmo com a utilização da FM, sem um controle para evitar impactos maiores com contaminação e sem uma área de proteção, pode não ser suficientemente o bastante. De face com a complexidade do problema envolvendo a técnica de Filtração em Margem é fundamental o conhecimento de múltiplos aspectos, necessitando de estudos destes processos numa multidisciplinaridade e em multiescala. Os projetos de implantação da técnica de Filtração em Margem devem otimizar a necessidade de um volume de água desejável com a preservação da qualidade d’água devido aos processos de atenuação e misturas. O projeto não pode apenas ser função dos fatores hidrogeológicos, mas também da observância dos fatores econômicos, regulatórios e de uso da terra.. 2.2 Processos durante a infiltração. Os fatores que influenciam os processos na Filtração em Margem, de um rio ou lago, dependem e variam pelas condições específicas locais. As propriedades.